21 July 2021
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Variazione delle componenti del bilancio idrologico nel clima futuro
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Polemio Ed.
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In: Le modificazioni climatiche e i rischi naturali. Polemio M. (Ed.), ISBN 9788890508806, CNR IRPI, Bari, 2011
VARIAZIONE DELLE COMPONENTI DEL BILANCIO
IDROLOGICO NEL CLIMA FUTURO
CASSARDO CLAUDIO1,VELA NAIMA1,GALLI MARCO1
1 Dipartimento di Fisica, Università di Torino, Torino, Italia, claudio.cassardo@unito.it
RIASSUNTO
Diversi studi hanno mostrato le conseguenze dei cambiamenti climatici dedotti dalle proiezioni per la fine del secolo a livello di temperature e precipitazioni. Questo studio, condotto attraverso una catena di simulazioni modellistiche culminata nell’uso di un modello di Land Surface (UTOPIA) guidato dai dati di un modello regionale di clima (RegCM3), evidenzia come anche gli andamenti medi annui delle componenti del bilancio idrologico sembrino mostrare variazioni rilevanti nel clima futuro, potenzialmente in grado di ripercuotersi negativamente sull’agricoltura e sulle altre attività umane. La maggiore frequenza delle precipitazioni piovose invernali future si rifletterà in un deflusso maggiore e più distribuito d’inverno e in primavera. Le minori precipitazioni e maggiori temperature registrate d’estate causeranno un bilancio idrologico deficitario, con umidità del suolo inferiori e situazioni siccitose potenzialmente più frequenti. Anche le maggiori precipitazioni autunnali, d’altra parte, potrebbero riflettersi in un aumento delle situazioni potenzialmente alluvionali. Questi dati, molto evidenti per lo scenario A2, lo sono anche per lo scenario B2, più moderato per quanto riguarda le emissioni di CO2, e sembrerebbero quindi rappresentare un denominatore comune associato ai cambiamenti climatici attesi nel futuro.
Parole chiave: bilancio idrologico, siccità, neve
INTRODUZIONE
Solo negli ultimi anni la comunità scientifica ha riconosciuto che i processi fisici all'interfaccia dell'atmosfera con la superficie terrestre (strato superficiale) sono una componente chiave del sistema climatico. Infatti, valori leggermente diversi di alcuni parametri, come umidità e temperatura del suolo, possono influire sulla stabilità dell'intera troposfera, la quale influenza i fenomeni convettivi che regolano la formazione di nubi e precipitazioni. In generale, il suolo agisce in due modi sul sistema climatico: ripartisce la radiazione netta in flusso di calore sensibile e latente, e flusso conduttivo nel suolo, e ridistribuisce l'acqua precipitata in evapotraspirazione, deflusso superficiale (runoff) e drenaggio gravitazionale, regolando l'umidità del terreno.
Nonostante l'importanza di tali variabili fisiche, esistono pochissime campagne di misure sperimentali estensive a loro dedicate, per cui risulta molto difficile valutare i bilanci energetico ed idrologico a grande scala e su tempi lunghi. Per questo motivo, è stata recentemente proposta una metodologia, chiamata CLIPS (CLImatologia dei Parametri Superficiali) (Cassardo et alii 1997), secondo la quale alcuni parametri rilevanti nello strato superficiale vengono stimati alla mesoscala usando un modello fidato di tipo SVATs (Soil Vegetation Atmosphere Transfer scheme) come surrogato delle osservazioni mancanti. Tale modello è o guidato da osservazioni meteorologiche tradizionali (temperatura, pressione, umidità, precipitazione, intensità del vento, radiazione solare) oppure, come in questo studio, dalle uscite di un modello climatico (Cassardo et alii 2009).
sul rapporto finale del progetto PRUDENCE, ed è stato scelto poiché possiede una delle maggiori risoluzioni esistenti (Christensen 2005). Lo SVATs utilizzato è stato UTOPIA (University of TOrino model of land Process Interaction with Atmosphere) (Loglisci et alii 2001, Cassardo 2006), che studi precedenti hanno rivelato essere in grado di descrivere con accuratezza i bilanci energetico ed idrologico in diverse zone climatiche (si veda ad es. Cassardo et alii 1997 per una rassegna). Il dominio scelto, l'area rettangolare compresa tra i meridiani 5°E e 18°E ed i paralleli 43°N e 48°N, include gran parte della regione Alpina (che sta già rispondendo in maniera maggiore al riscaldamento climatico in atto) e la pianura padana, con 720 punti griglia su terra, distanti in media circa 20 km. La tipologia di vegetazione è decisa a partire da variabili estrapolate dal dataset ECOCLIMAP (Masson et alii 2001) e ricondotte alle categorie del database Wilson and Henderson-Sellers (Wilson et alii 1978). Su ciascuno dei punti sono state condotte le simulazioni con UTOPIA nei due periodi, identificati rispettivamente come clima presente (Control) e clima futuro (A2 e B2). I punti griglia sono stati suddivisi secondo le tipologie di vegetazione, ed in base alla loro quota.
Si presentano qui i risultati per due tipologie di vegetazione (Fig. 1): la più diffusa sul territorio considerato, Mixed woodland, e quella maggiormente presente in pianura padana, Crops/Mixed farming.
Figura 1- Collocazione dei punti griglia utilizzati: NERO= Crops/Mixed farming (sotto i 700m a.s.l.), ROSSO=Mixed woodland (sotto i 700m a.s.l.), VERDE=Mixed woodland (sopra i 700m a.s.l.).
ANALISI DEI RISULTATI
Per esigenze di spazio, si riportano qui soltanto i risultati riguardanti lo scenario A2, in quanto quelli relativi al B2 si situano in posizione intermedia tra l’A2 ed il Control. I grafici rappresentano l’andamento annuo delle componenti del bilancio idrologico, mediate su tutti i punti griglia appartenenti ad una determinata classe di vegetazione (suddivisi sopra e sotto i 700 m sul livello del mare) e sul trentennio. La Figura 2 mostra il bilancio idrologico relativo al clima presente e futuro per Mixed woodland in pianura. Si nota un periodo di siccità estiva molto più pronunciato nel clima futuro, dovuto alla forte diminuzione delle piogge ed all’aumento dell’evaporazione dovuto alle temperature medie più elevate, ed una diminuzione delle precipitazioni nel periodo invernale. Nei punti griglia in quota (Fig. 3), nel clima futuro compare un breve periodo estivo in cui l’evaporazione supera le precipitazioni. Inoltre, varia la distribuzione del deflusso superficiale in inverno e primavera: nel clima presente c’è un picco primaverile, dovuto alla fusione del manto nevoso invernale, mentre nel clima futuro è pressoché uniforme su tutto il periodo, segno che le precipitazioni invernali, oltre che diminuire, vedono una diminuzione della componente nevosa a favore di quella piovosa.
Figura 2 – Bilancio idrico annuo per la tipologia di vegetazione “Mixed woodland” al di sotto dei 700m sul livello del mare. [Eva=Evaporazione; Pre=Precipitazioni; Run= Deflusso superficiale (Runoff); Dra=Deflusso superficiale (Drainage)]
Figura 3 – Bilancio idrico annuo per la tipologia di vegetazione “Mixed woodland” al di sopra dei 700m sul livello del mare.
Figura 4 – Bilancio idrico annuo per la tipologia di vegetazione “Crops/Mixed farming”.
Figura 5 – Andamento dell’altezza del manto nevoso e della temperatura del primo strato di suolo per i tre scenari analizzati.
Per quanto riguarda la tipologia Crops/Mixed farming, che ricopre la quasi totalità della pianura padana, il periodo siccitoso nei mesi caldi si allunga da 100 a 130 giorni e si approfondisce (Fig. 4), a causa della
La Figura 5 (relativa ai punti griglia con vegetazione Mixed woodland) mostra come le precipitazioni nevose diminuiscano sensibilmente d’inverno, con un’altezza minima associata allo scenario A2 (in questo caso sono mostrati anche i risultati relativi allo scenario B2, in quanto la differenza con l’A2 è evidente), in piena correlazione con i valori della temperatura del primo strato di suolo (spesso 5 cm), costantemente maggiore (tra 4°C e 5°C) per gli scenari futuri rispetto al clima presente.
CONCLUSIONI
Premesso che le considerazioni emergenti da questo studio sono basate su simulazioni condotte con un modello (UTOPIA) inizializzato con le uscite di un altro modello (RegCM3), a sua volta inizializzato con le uscite di un ulteriore modello globale, e non possono quindi prescindere dalle incertezze insite nei modelli stessi e nella procedura usata, i principali risultati possono essere così riassunti.
Le zone montuose appaiono mostrare una consistente diminuzione delle precipitazioni nevose d’inverno, a favore delle precipitazioni piovose, generando una ridistribuzione del deflusso superficiale in modo più uniforme sui mesi invernali e primaverili. La conseguenza appare essere una diminuzione della quantità di acqua disponibile all’approssimarsi dell’estate, poiché la pioggia, nel clima futuro, sarà immediatamente trasportata a valle dai fiumi, mentre nel clima presente viene trattenuta in quota nel manto nevoso. D’estate si evidenzia, invece, un aumento del periodo siccitoso in pianura, sia come intensità che come durata. L’aumento delle precipitazioni autunnali lungo il bacino del Po, in un periodo in cui il suolo già nel clima presente si umidifica rapidamente, favorendo la crescita del deflusso superficiale, appare preoccupante a causa delle possibili ricadute sull’ingrossamento eccessivo dei corsi d’acqua ed il rischio di esondazioni e comparsa di situazioni di pericolo. Le analisi riguardanti lo scenario B2, non mostrate qui per esigenze di spazio, appaiono evidenziare gli stessi fenomeni mostrati dallo scenario A2, ma con valori numerici inferiori.
BIBLIOGRAFIA
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